D0I:10.13374/j.issnl001-053x.2006.01.016 第28卷第1期 北京科技大学学报 Vol.28 No.I 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 微地震定位监测的深孔检波器及其安装技术 杨淑华)张兴民2)姜福兴3)陈强4) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)山东科技大学资源与环境学院，背岛266510 3)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000834)充州可矿业集团公司，邹城273500 摘要介绍了在煤矿井下采用微地震定位监测技术监测岩体破裂的原理和开发研制的两种检 波器及其安装方法.“液压安装法”适用于钻孔深度在50m以内的中硬及硬岩层，且检波器可以回 收复用；“药包安装法”适用于软弱的岩层和深度50一100m的钻孔，该监测技术在现场得到试验 验证并开始在工程中加以应用 关键词微地屣监测；检波器；安装技术；岩体破裂；煤刊矿；矿山压力 分类号TD315 深井岩体破裂的微震定位监测技术是当前世 定位)[6】.图1是微地震定位监测原理示意图 界上先进的矿山安全监测技术，可以广泛应用于 预测和预报顶板大面积垮落、突水淹井、煤与瓦斯 突出等矿井灾害1].澳大利亚、美国、南非等国 家在煤矿开展这项工作时，均在地面向下打钻，用 一检波器 灌浆法安装检波器，监测主机也放在地面，操作起 一破裂点 来相对简单.中国的煤矿深度一般在450m以 上，地面钻孔显然已不经济，而且不易操作.因 一震动波 此，如何制造新的检波器以及研究相应的井下向 上钻孔内检波器“串”的安装方法，已经成为我国 图】微地震定位监测原理示意图 开发和应用这项技术的主要障碍，在国家自然科 Fig.1 Location mechanism of the microseismic monitoring tech- 学基金委和澳大利亚联邦科学与工业研究院 nique (CSIRO)的支持下，笔者所在课题组已经研制和 试验了两种新的检波器以及研究相应的井下向上 2 中硬及硬岩层中的“液压安装法” 钻孔内检波器“串”的安装方法，本文介绍其主要 2.1“液压安装法”的检波器“串”在钻孔内的安 内容. 装结构 1微地震定位监测原理简介 该方法是将3~4个三分量检波器用信号电 缆连成一串，每个间隔10~25m,安装时，孔底预 煤层开采后，顶板和底板岩层发生变形和破 先安装带滑轮和绳子的锚爪，再将检波器串吊入 裂，破裂时，岩体内积聚的弹性能以波的形式向 孔内，到达预定位置后，在液压管内用手摇泵加压 四周传播.微地震定位监测岩体破裂的基本原理 至2MPa左右，液压枕能够膨胀15~20mm,将检 是：在工作面周围的岩体中布置4个以上三分量 波器紧贴在孔壁上，安装压力通过孔外的液压表 检波器，监测破裂产生的弹性波到达各个检波器 监测，完成微地震监测后，打开液压管的卸压阀， 的时间、振幅等信息，利用波的传播方程解出破裂 可以回收检波器串和液压枕，因此这种方法的使 点的坐标和产生破裂的时间（也可以用矢量法等 用成本很低.图2是“液压安装法”的检波器“串” 在钻孔内的安装结构示意图. 1收稿日期：2004-11-09修回日期：200504-26 基金项目：国家自然科学基金重大国际合作基金(No, 2.2“液压安装法”的检波器结构 50320120001)与面上基金(No.50074021)资助课题 每个“液压安装法”检波器由三分量检波器芯 作者简介：杨淑华(1965一)，女，副教授 体、两个半圆柱尼龙外壳、液压枕以及连接两个半第 2 8 卷 第 1 期 2 0 0 6 年 l 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J uor n a l o f U n ive sr ity of Sc i e n c e a n d T ec h n o l。盯 价幼in g V o l . 2 8 N O 。 1 J na . 2 0 0 6 微地震定位监测 的深孔检波器及 其安装技术 杨淑 华 ` ) 张 兴 民 2) 姜福 兴 3) 陈 强 4) l ) 北京科技大学信息工程学院 , 北京 10 0 0 5 3 3) 北京科技大学土木与环境工程学院 , 北京 2) 山东科技大学资源与环境学院 , 青岛 2 6 6 51 0 10 0 0 83 4 ) 充 州矿业集团 公司 , 邹城 2 7 3 5 0 0 摘 要 介绍了在煤矿井下采用微地 震定位监测 技术监测 岩体破裂 的原理和 开发研制 的两种检 波器及其安装方法 . “ 液压安装法 ” 适用于钻孔深度在 50 m 以 内的中硬及硬 岩层 , 且检波器可 以 回 收复用 ; “ 药包安装法 ” 适用于软弱 的岩层和深度 50 一 10 0 m 的钻孔 . 该监测技术在现 场得到试验 验证并开始在工程中加以应用 . 关键词 微地震监测 ; 检波器 ; 安装技术 ; 岩体破裂 ; 煤矿 ; 矿山 压力 分类号 T D 3 1 5 深 井岩体破裂 的微震 定位监 测技术是当前世 界上先进 的矿 山安 全 监 测技 术 , 可以 广 泛应 用 于 预测和 预报顶 板大面积垮 落 、 突水 淹井 、 煤与瓦斯 突出等矿 井灾 害〔’ 一” 〕 . 澳 大利亚 、 美 国 、 南非 等 国 家在煤矿开 展这项工 作时 , 均 在地 面 向下打钻 , 用 灌浆法 安装检波器 , 监 测 主机也放在地 面 , 操 作起 来相对 简单 . 中 国 的煤 矿 深 度 一般 在 4 50 m 以 上 , 地面 钻 孔显 然 已 不 经 济 , 而 且 不 易 操 作 . 因 此 , 如何制造新 的 检波器 以及研 究相 应 的井 下 向 上钻孔内检波器 “ 串 ” 的 安装方法 , 已 经 成 为 我国 开发和应 用这 项技术的主 要障碍 . 在 国家 自然 科 学 基 金 委 和 澳 大利 亚 联 邦科 学 与工 业 研 究 院 ( C SI R O )的 支持下 , 笔 者所 在课题组 已 经 研制和 试验 了两种新的检波 器 以及研究相应 的井下 向上 钻孔 内检波器 “ 串 ” 的安 装方 法 , 本文 介 绍其 主要 内容 . 定 位 ) [ “ 侣〕 图 1 是微地震 定位监测原理 示意 图 . ▲ — 检波器 举一 破数 琳 一 震动波 杯蓄 图 1 徽地蔽定位监测原理示意图 F ig . 1 L o ca t ion ” 姆 c b a n i s m of t卜e 面 e 八招 e i s m i c . . o n i ot d n g t e c h · n lq ue 1 微地震定位监测原理简介 煤层开采后 , 顶 板 和 底 板岩层 发生变形 和 破 裂 . 破裂时 , 岩体 内积 聚 的弹性 能 以波 的形 式 向 四 周传播 . 微地震 定位监测岩 体破裂 的基 本原 理 是 : 在工 作面周 围 的岩 体 中布置 4 个 以 上三 分 量 检波器 , 监 测破 裂 产 生 的弹性 波到 达 各个 检 波 器 的时 间 、 振幅等信息 , 利用 波的传 播方程 解 出破裂 点的坐标和 产生破 裂 的 时 间( 也可 以 用矢量 法 等 收稿 B 期 : 2 0 0 4 一 1 1一9 修回 日期 : 2 0 0 5一4 一 2 6 荃金 项 目: 国 家 自然 科 学 基 金 重 大 国 际 合 作 基 金 ( N o . 50 3 2 0 1 2 00 0 1 )与面上基金 ( N o . 5 0 0 7 40 2 1 )资助课题 作者简介 : 杨淑华 ( 19 65 一 ) , 女 , 副教授 2 中硬 及硬岩层 中的 “ 液压安装法 ” 2 . 1 “ 液压安装法 ” 的 检波器 “ 串 ” 在钻孔 内的 安 装结构 该方 法是将 3 一 4 个 三分量 检波器 用信号 电 缆连 成一 串 , 每个 间隔 10 一 25 m . 安 装时 , 孔 底预 先安 装带滑 轮和绳子 的 锚爪 , 再 将检波器 串吊入 孔内 , 到达预定位置后 , 在液压管内用手 摇泵 加压 至 Z M P a 左 右 , 液 压枕能够膨 胀 15 一 2 0 m m , 将检 波 器紧贴 在孔壁上 . 安装 压力 通过 孔 外的 液 压表 监测 完成 微地 震监测后 , 打开 液压 管 的卸压 阀 , 可 以 回收检 波器 串和 液 压 枕 , 因此 这 种方法 的使 用 成本很 低 . 图 2 是 “ 液压安装法 ” 的检波器 “ 串 ” 在 钻孔内的安装结构示意 图 . 2 . 2 “ 液 压安装法 ” 的检波 器结构 每个 “ 液 压安装 法 ” 检 波器 由三分 量检波 器芯 体 、 两个 半圆柱 尼龙 外壳 、 液压枕 以及连接两 个半 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 01. 016